(壹)機器人輔助教學的定義、特點和作用
1機器人輔助教學的定義
機器人輔助教學是指師生以機器人為主要教學媒體和工具所進行的教與學活動。與機器人輔助教學概念相近的還有機器人輔助學習(Robot-Assisted Learning，簡稱RAL)，機器人輔助訓練(Robot-Assisted Training，簡稱RAT)，機器人輔助教育(Robot-Assisted Education，簡稱RAE)，以及基於機器人的教育(Robot-Based Education，簡稱RBE)。
RAL強調用機器人幫助“學”的方面甚於“教”的方面。強調以學習者為中心，主動幫助學習者建立良好的學習環境，提供優化的學習策略；強調個別化的學習指導與幫助。
RAT強調用機器人幫助訓練學習者的技能，鞏固學習成果。包括機器人在學習技能、生活技能、工作技能訓練中的各種應用。
RAE強調用機器人幫助教師進行教學活動以提高教學效率，強調用機器人幫助開展政治思想、倫理道德教育。
RBE的涵義豐富，涵蓋機器人在教育中的各種應用，包括RSI、RAI、RMI、RRR、RDI。
2機器人輔助教學的特點
(1)智能化。機器人輔助教學系統具有智能識別、自主判斷、優化決策等功能，能自主建構學習環境，實施個性化的因材施教。
(2)自動化。機器人輔助教學系統能在外界幹預少的情況下全自動運行。
(3)人性化。教學機器人壹般具有人性化的圖像識別、語音識別與合成、邏輯推理、知識記憶等功能，能與師生進行多種語言符號的對話。
(4)自學習性。機器人輔助教學系統本身具有壹定的自學能力，能不斷更新學習者特征庫，跟蹤學習過程，記錄學習情況，以便不斷調整教學策略，提高教學水平。
(5)可控性。可以對教學機器人的知識庫、推理機、決策器、解釋器等模塊進行預設，通過編程控制與外表裝飾，使教學機器人具有溫柔型、睿智型、幽默型、活潑型等可供選擇的人性化特征類型。
(6)可移動性。教學機器人可以采用輪式、履帶式，甚至步行式機械移動裝置，改變其在教學中的站位與角度，以獲得最佳的傳播效果。還可搬運、操作多種實驗儀器，代替教師、學生進行壹些風險較大的實驗演示。
3機器人輔助教學的作用
(1)從社會學角度看，機器人在教學系統這個微型社區中可以扮演教師、學習夥伴、助手等多個角色，承擔相應的任務，發揮相應的作用：
·充當教師。教學機器人可以像學識淵博、觀察細致、才思敏捷、誨人不倦的教師那樣，從事知識傳授、答疑解惑、學習指導、訓練技能等工作。
·充當學習夥伴。教學機器人可以扮演與學生友好合作、平等競爭、相互啟發、***同探索的學習夥伴及競爭對手，使學生在合作與競爭中獲得激勵與進步。
·充當助手。機器人可以充當教師備課與科研的助手，學生寫作、閱讀、思考、實驗的助手，幫助搜集、整理、傳遞有關信息，提高教與學的工作效率。
(2)從傳播學角度看，機器人輔助教學可以使教學信息的傳播產生質的升華：
·極大擴充傳者的知識面。教學機器人貯存的知識庫以及所連通的因特網，可以集成全人類的智慧，這是任何優秀教師個人都無法媲美的。
·降低受者的學習負擔。教學機器人可以成為學習夥伴與助手，替代學生記筆記、整理資料與貯存課堂信息，減輕學習者機械勞動之苦。
·信息編碼數字化。教學機器人將所有視、聽、觸信息數字化編碼後，貯存在電腦數據庫中，並能非線性迅速提取、傳遞與使用。
·信息譯碼自動化。教學機器人可利用模式識別技術對語音、文字、圖像自動識別與翻譯。
·信道多樣化。機器人輔助教學系統的信息傳播通道有視通道、聽通道、觸通道，以及寬帶網絡信號傳輸通道等。
·反饋調控智能化。教學機器人具有豐富的人機對話、高速的數據處理、智能化的推理、決策與優化控制功能，使得教學系統的反饋調控智能化。
·自動分析與排除幹擾作用。教學機器人具有的信息過濾與凈化功能，能自動排除各種幹擾因素，提高信息傳播質量。
(3)從教育心理學角度看，機器人輔助教學可發揮如下幾個方面的作用：
·激發興趣。機器人輔助教學能激發學生的好奇心、上進心，並產生濃厚的學習興趣。
·促進感知。機器人輔助教學能突出感知對象，拓展感知通道，促進多感官的協同作用，提高感知效果。
·加深理解。學生通過與機器人的多維度對話，可對知識與技能的掌握情況進行自我檢測，查漏補缺，從而提高比較、分析、判斷、歸納能力，提高理解的深度與準確性。
·鞏固記憶。機器人輔助教學可以增加學生對知識技能的識記、保持、再認、回憶的方式，提高記憶效果。
·綜合運用。機器人輔助教學能為學生綜合運用所學知識技能提供新的平臺與途徑。
然而，機器人輔助教學並不是萬能的，其局限性與負面影響依然存在。對此，我們必須保持清醒的認識。
(二)機器人輔助教學系統的類型與組成
1機器人輔助教學系統的類型
(1)按形態分，有人形機器人輔助教學系統和非人形機器人輔助教學系統。人形機器人輔助教學系統由人形(或類人形)機器人承擔輔助教學任務，有較熟悉的交互界面，師生在與機器人的對話中，心理障礙較少。非人形機器人輔助教學系統可以是動物形，或者器物形，使用較簡便、有趣。
(2)按移動性能分，有活動型機器人輔助教學系統與固定型機器人輔助教學系統。前者的活動方式有平移、轉動、走動以及其他復雜運動。其優勢在於教學中具有較大的靈活性。後者的安裝、使用與維護壹般較簡便，常裝備在智能化教室中。例如，可以將機器人的眼睛(攝像機)、耳朵(拾音器)、口(喇叭)裝在教室四周甚至課桌上，將機器人的大腦(電腦)裝在講臺內，將電子白板掛在講臺前，將預先編制的課程計劃、課程內容存在電腦中，從而使整個教室變為壹個機器人教學系統。
(3)按智能水平分，有編程控制型機器人輔助教學系統和智能自控型機器人輔助教學系統。前者能感知外界的部分信息，通過人機對話，能按預先編制的教學程序選擇教學策略進行教學，是計算機輔助教學(CAI)的壹種延伸。後者能主動辨識學習者特征，能與師生進行自然語言的有聲對話，能自主確定教學策略，具有較強的推理與決策能力。
(4)按適用範圍分，有通用型機器人輔助教學系統與專用型機器人輔助教學系統。前者具有較廣泛的適應能力、較大的知識庫、較壹般的外在形象，多用於學校公***課的教學。後者則具有較強的針對性與專業特色，多用於專業教學或特定對象的個別教學。
(5)按功能分，有主講型機器人輔助教學系統、輔導機器人輔助教學系統、訓練型機器人輔助教學系統、情感型機器人輔助教學系統。主講型機器人具有較強的語言表達能力，能講述、講解、講讀、講演教學內容。輔導型機器人具有較強的思辨能力，能準確理解師生提出的各種問題，幫助求解，給予正確的提示、啟發、誘導乃至給出答案。訓練型機器人多用於訓練學生的某種技能，訓練過程中特別註意及時反饋與強化。情感型教學機器人能理解與表達某些情感，能對師生給予某些關愛，特別適合於對學生的心理疾病進行矯治，以及進行思想道德教育。
2機器人輔助教學系統的組成
機器人輔助教學系統的基本組成可分為以下八個部分。
(1)感覺系統。包括視覺、聽覺、觸覺、位移覺、接近覺傳感器及其附屬組件。每種傳感器上都配有模數轉換部件，以便將采集到的各種模擬量轉換成計算機能處理的數字量。其中，視覺系統要求能攝取師生的形象特征；聽覺系統要求能拾取師生的聲音特征；觸覺系統主要用於判斷機器人與外界物接觸的力度(壓覺)、光滑度(滑覺)，以便用它來感測物體搬運及各種操作的情況；位移覺主要用於判斷機器人的位置移動情況，以便精確定位；接近覺用於判斷壹定範圍內是否有其他物體存在，以便使機器人在移動時能避開障礙物，提高安全性能。
(2)運算、推理、決策系統。這是機器人輔助教學系統的神經中樞。要求能進行數字運算、邏輯運算、模糊運算及神經運算，具有歸納、演繹推理能力，能根據系統目標、環境狀況、自身條件等因素進行高級求解與決策。
(3)專家知識庫系統。該系統可采用分布式、協同式結構，將與各科課程有關的知識以素材單元或微教學單元的形式積聚成庫。該知識庫應對知識單元的難度、適用對象、相關知識等加以表征。為了使該庫不斷更新，應使其具有自主學習與智能搜索能力。
(4)教學策略庫系統。該系統應具有下列智能特征：能診斷、評價學生的學習情況與教學目標的達成難易，並根據教學內容特征，自動選擇教學策略、模式與方法，自動調整教學進度，自動生成各種問題與練習，自動解決問題生成答案。
(5)學生特征庫系統。該系統建有多種學生模型，在運行過程中，能不斷將學生的形象特征、知識特征、能力特征、學習過程特征、學習需求特征等特征參數提取、貯存，以便針對學生情況因材施教。在建庫時還應註意區分***有特征與個體特征，以免學生特征庫過於龐雜。建構學生模型的方法主要有覆蓋法、差錯法、規劃法、學習歷史法等。
(6)運動系統。該系統包括動力子系統、機械子系統、定位子系統，能使機器人整體運動與各部件活動，還具有支持自身重量與平衡以及精確定位等功能。
(7)輸出系統。該系統包括顯示子系統、打印子系統、語音合成(說話)子系統、網絡接口子系統乃至表情動作等體態語輸出子系統等。藍牙(Bluetooth)技術在該系統中將發揮重要作用。
(8)協調、控制與安全系統。該系統具有並行處理、整體協調、實時控制、安全保護等功能。其核心職能是解決機器人輔助教學系統內外的各種沖突。
(三)機器人輔助教學的過程與模式
1機器人輔助教學的過程
機器人輔助教學的基本過程可分為三個階段：準備階段、實施階段、總結階段。教師、學生、機器人在這三個階段都有著各自的任務和職能，見下表。
2機器人輔助教學的主要模式
(1)機器人模擬教學模式
該模式利用機器人模擬自然科學或社會科學的某些規律，產生各種與現實世界相類似的現象，供學生觀察，幫助學生認識(發現)和理解這些規律與現象的本質。其具體應用類型有：演示模擬、操作模擬、過程模擬等。
該模式在有關人體結構、功能與行為的學科教育中有較廣泛的應用。例如，英國布裏斯托爾醫療模擬中心的醫生利用機器人模擬“病人”，進行了診斷治療操作的輔助教學。該模擬型機器“病人”體內充滿電子元件與管路，能模擬脈搏、心跳、呼吸、血液循環、排尿等人體現象，可進行藥物註射，並對其他治療作出反應。
(2)機器人個別輔導模式
現代社會是壹個張揚人性的時代。充分尊重學習者的個性是現代教育得以有效實施的前提。批量化的班級教學與大面積的廣播教學，也無不以個別化學習為基礎。機器人個別輔導模式發揮了機器人的並行處理與多樣化設置的優勢，使每壹位學習者都能得到度身定制的學習指導。
機器人個別輔導模式可用於下面幾種情況：
·微型機器人個別輔導。微型機器人以其重量輕、體積小、攜帶方便等優勢，使學習者可以隨時隨地穿戴或攜帶它，在任何時候都可以得到學習幫助。
·家庭機器人個別輔導。在嬰幼兒教育、中小學生課外教育以及成人自學教育中，家庭機器人可以擔負起“家庭教師”的職責。
·軟件機器人個別輔導。軟件機器人存在於電腦及網絡中，可對每個學習者的學習情況進行跟蹤記錄與分析，實施個別化的學習咨詢與指導。
(3)機器人輔助訓練模式
在各種技能技巧的教學訓練中，教師往往要做大量重復性的操作示範，其人力消耗較大。采用機器人做操作示範，可以使教師從疲勞泛味的勞動中解放出來，可節省教師工資成本。
機器人輔助訓練模式在各級各類教育中都有適用領域。例如，體育運動、舞蹈、繪畫、唱歌等動作技巧的訓練示範與指導中可采用機器人，機器設備使用技能、醫療手術技能的訓練中也可采用機器人。
(4)機器人遊戲教學模式
機器人遊戲教學可以創設壹種富有趣味性和競爭性的教學環境，激發學生的學習動機，使學生在富有教育意義而且教學目標明確的遊戲活動中學習知識、掌握技能、培養良好的心理素質。
機器人遊戲教學中應註意：壹是遊戲內容必須與教學內容有關，遊戲主題思想必須積極、健康。二是遊戲規則中應包含所要達到的教學目標。三是可以讓機器人扮演競爭者及裁判者角色。四是要提出明確的競爭目標、遊戲時間。遊戲應在有限的時間內達到目標狀態，而不能無休止地持續下去。
(5)機器人遠程教學模式
該模式註重發揮機器人的通訊、交互、並行處理與數據庫功能，在網上論壇、網上圖書館、網上BBS(電子公告板)的教育應用中，機器人可發揮較大作用。
機器人用於遠程教學，壹方面可以提高遠程教學的智能化水平，另壹方面可望通過建立遠程學生模型特征庫，同時對多名學習者實施個別化教學，從而完成以往教師難以完成或無法完成的許多工作。
此外，還有機器人輔助講授模式、機器人輔助聽課模式、機器人輔助求解模式，等等，不壹壹贅述